PRESENTASI FISIKA DASAR
FLUIDIZED BED COMBUSTION
Alfonsius Ligori Varian P, 1006705823 Athaya Rizky Budiman, 1006705842 Emir Perdana, 1006705880
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Allah SWT karena diberikan kesempatan untuk menulis makalah ini. Kemudian penulis juga mengucapkan terima kasih kepada dosen Fisika Panas, yang terhormat Bapak Isom Mudzakir yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk memberikan tugas makalah ini yang berjudul Fluidized Bed System. System. Tak lupa juga penulis mengucapkan terima kasih kepada segala pihak yang telah membantu pembuatan makalah ini. Seperti yang telah dijelaskan di atas bahwa makalah ini berjudul Fluidized Bed System. Makalah ini berisi bagaimana salah satu sistem atau proses pembakaran dari batu bara. Dijelaskan pula disini mulai dari jenis pembakaran batu bara, cara kerja proses pembakaran ini hingga penggunaan dari proses pembakaran itu sendiri. Makalah ini juga disertai dengan gambar-gambar untuk lebih menjelaskan proses dan cara kerja sistem pembakaran Fluidized pembakaran Fluidized Bed . Demikian satu dua kata yang disampaikan oleh penulis. Penulis berharap agar nantinya makalah ini dapat berguna bagi pembaca dan dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Kemudia akhir kata penulis mengucapkan maaf sebesar-besarnya apabila ada kesalahan penulisan dalam makalah ini. Penulis juga manusia yang tidak akan pernah lepas dari kesalahan. Terima kasih
Depok, 11 Mei 2011
Penulis
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR.............…...……………………………………………...ii PENGANTAR.............…...……………………………………………...ii DAFTAR ISI ......................................... ............................................................... ............................................ .........................................iii ...................iii BAB I PENDAHULUAN......…………………………………………………...1 PENDAHULUAN ......…………………………………………………...1 BAB II PEMBAHASAN...…………………………………………… PEMBAHASAN...………………………………………………………2 …………2 I Definisi Definis i ............................................. ............................................... .. .........……………………………2 II Karakteristik dan Sifat…………………………………………………3 III Cara Kerja..............……………………………………………………4 Kerj a..............……………………………………………………4 IV Penggunaan................................ Penggunaan...................................................... ............................................ .....................................7 ...............7 BAB III KESIMPULAN.......…………………………………………………....9 KESIMPULAN .......…………………………………………………....9 REFRENSI............................……………………………………………………10
iii
BAB I PENDAHULUAN
Sejak zaman dahulu, manusia lebih sering melakukan proses pembakaran dengan menggunakan bahan-bahan yang tidak bisa didaur ulang. Namun pada awalnya, setelah manusia mulai berpaling dari alat pembakaran berupa kayu karena pengarus asapnya yang terlalu banyak dan kurang efisien dalam prosesnya. Serta efek bagi lingkungan yang sangat berbahaya. Kemudian manusia mulai berpindah kepada minyak bumi. Ternyata dengan adanya minyak bumi yang sangat melimpah pada waktu itu, sistem pembakaran menjadi lebih efisien. Panas yang dihasilkanpun lebih panas daripada kayu bakar. Minyak bumipun dijadikan sebagai alat pembakaran utama pada masanya. Untuk industri maupun perumahan. Kemudia pada tahun 1970an manusia mulai berpaling dari minyak bumi karena ternyata minyak bumi semakin langka untuk didapat. Manusiapun untuk berpikir mencari bahan bakar alternatif. Batu bara dipilih sebagai pengganti minyak bumi. Walaupun sampai sekarangpun minyak bumi tetap digunakkan karena ada beberapa sistem pembakaran yang tidak dapat digantikkan oleh batu bara dan hanya bisa dilakukan oleh minyak bumi, misalnya bensin pada kendaraan bermotor. Seiring berjalannya waktu, manusia mulai berpikir ternyata bahan bakar batu bara tidak ramah lingkungan. Hasil pembakaran dari batu bara sangat mencemari udara dilingkungan sekitarnya. Manusia menemukkan 3 teknik sistem pembakaran batu bara, yaitu fluidized bed system, fix fi x bed system, dan spouted dan spouted bed system. Dari ketiga sistem pembakaran ini, ternyata fluidized bed system yang merupaka sistem pembakaran yang paling efisien untuk bahan bakar batu bara. Batu bara dapat dibakar sempurna sehingga panas yang dihasilkan semakin banyak dan lebih efisien dalam hal ekonomi.
BAB II PEMBAHASAN
I.
Definisi
Sistem pembakaran batubara umumnya terbagi 2 yakni sistem unggun terfluidakan ( fluidized fluidized bed system) system) dan unggun tetap ( fixed ( fixed bed system sys tem atau grate atau grate system). system). Disamping itu terdapat system ke-3 yakni spouted bed system atau yang dikenal dengan unggun pancar. Namun yang akan dibahas disini adalah sistem unggun terfluidakan atau sering disebut sebagai fluidized sebagai fluidized bed system. system. Perlu kita ketahui dahulu bahwa Fixed bed system bed system atau Grate system adalah teknik pembakaran dimana batubara berada di atas conveyor yang conveyor yang berjalan atau grate. grate. Sistem ini kurang efisien karena batubara yang terbakar kurang sempurna atau dengan perkataan lain masih ada karbon yang tersisa. Ash yang terbentuk terutama bottom ash masih memiliki kandungan kalori sekitar 3000 kkal/kg. Di China, bottom ash digunakan sebagai bahan bakar untuk kerajinan besi (pandai besi). Teknologi F i xed bed bed sys system tem banyak digunakan pada ). Komposisi fly ash dan industri tekstil sebagai pembangkit uap ( steam generator ). bottom ash yang terbentuk dalam perbandingan berat adalah : (15-25%) berbanding (75-25%). Sedangkan yang akan dibahas disini yaitu fluidized bed system atau disebut juga dalam bahasa Indonesia teknologi unggun terfluida adalah sistem dimana udara ditiup dari bawah menggunakan blower sehingga benda padat di atasnya berkelakuan mirip fluida. Umumnya dipakai untuk proses yang membutuhkan area yang luas untuk persentuhan antara partikel p adat dan fluida. Cara ini terbukti sangat efektif, dan biasa dipakai pada proses-proses kimia. Teknik fluidisasi dalam
pembakaran
batubara
adalah
teknik
yang
paling
efisien
dalam
menghasilkan energi. Pasir atau corundum yang berlaku sebagai medium pemanas dipanaskan terlebih dahulu. Pemanasan biasanya dilakukan dengan minyak bakar. Setelah temperatur pasir mencapai temperature bakar batubara (300oC) maka diumpankanlah batubara.
Sistem ini menghasilkan abu terbang dan dan abu yang
turun di bawah alat. Abu-abu tersebut disebut dengan fly ash dan bottom ash. dized bed bed biasanya digunakan di PLTU (Pembangkit Listruk Teknologi f lu i dized
Tenaga Uap). Komposisi fly ash dan bottom ash yang terbentuk dalam
perbandingan berat adalah : (80-90%) berbanding berbanding (10-20%)
II.
Karakteristik Karakteristik dan Sifat
Sekitar tahun 1970 dengan terjadinya krisis minyak dunia, pemanfaatan batubara sebagai sumber energi pengganti bahan bakar minyak bumi mulai diperhatikan. Pemakaian fluidized Pemakaian fluidized bed boiler dengan bahan bakar padat (batubara, sampah) mempunyai beberapa kelebihan antara lain suhu bakar di dalam tungku fluidized bed yang bed yang rendah dapat menekan emisi Nox dan Sox. Pada kurun waktu terakhir ini, teknologi fluidized bed yang digunakan untuk bahan bakar padat telah berkembang cukup pesat. Terdapat tiga model teknologi pembakaran dengan menggunakan teknologi fluidized bed, yaitu teknologi fluidized bed dengan atmospheric bubbling bed combustor, circulating bed combustor dan pressurized bed combustor. Teknologi ini dapat untuk digunakan dan dikembangkan pada semua bahan bakar padat dari mulai batubara sampai sampah. karakteristik umum dari system pembakaran fluidized bed dapat lebih mudah diketahui. Secara umum system pembakaran fluidized bed terdiri dari : 1. sistem pengumpan bahan bakar dan limestone. 2. reactor fluidized bed dengan windbox, bed region, dan freeboard, termasuk in bed heat removal. 3. waste heat boiler. 4. dan sistem pengontrol polusi udara (Air Pollution Control System (APCS)). Secara umum konsep teknologi yang diunggulkan dari s ystem pembakaran fluidized bed adalah : 1.
adanya gerak turbulen partikel yang sangat baik untuk proses perpindahan panas dan massa bahan bakar padat, dan baik untuk menyeragamkabn temperature di dalam bed dan reactor.
2.
injeksi langsung gas terlarut (sorbent) ke dalam bed, sangat memudahkan untuk mengkontrol gas asam.
3.
penggunaan temperature sebagai variable independent, yang berguna untuk mengendalikan polusi, mengatur distribusi bahan bakar dan udara, serta penukaran panas di dalam reactor.
4.
penggunaan bed dengan material inert sebagai pemberat panas (thermal flywheel) yang dapat mengurangi terjadinya slugs ataupun pengotor bahan bakar lainnya.
III.
Cara Kerja
Konsep dari sistem pembakaran fluidized bed adalah masuknya bahan bakar padat secara turbulen ke dalam proses pembakaran, dan secara cepat mempengaruhi proses perpindahan panas dan perpindahan massa. Mekanisme inilah yag menyebabkan pembakaran pada sistem fluidized bed. Secara sederhana Erlich (11) mendefinisikan fluidized bed sebagai partikel bed yang mendorong dengan cara menaikkan aliran gas, bisa berupa udara, gas hasil pembakaran, atau aliran gas lainnya. Dalam sistem fluidized bed, variabel yang terpenting adalah kecepatan gas, yang secara umum disebut dengan istilah kecepatan superficial (superficial velocity). Untuk memudahkan gambaran tentang fluidized bed, maka ilustrasi gambar berikut dapat dilihat :
Dari definisi tersebut ditambah dengan gambaran tentang system fluidized bed, maka karakteristik umum dari system pembakaran fluidized bed dapat lebih mudah diketahui. Di dalam reactor terdapat sebuah bed yang biasanya berupa partikel inert seperti pasir, abu sisa pembakaran, dan atau limestone (CaCO3). Sebagai udara pembakaran dialiri gas dari windbox melalui plenum pendistribusi udara, yang memberi bed fluida sehingga partikel terangkat dan menyebabkan bed seluruhnya mengembang. Partikel bed bergerak akibat aliran arus udara, dan kemudian bahan bakar mulai dimasukkan ke dalam reaktor (baik ke dalam bed ataupun ke atas bed). ketika bahan bakar mulai memasuki daerah bed maka pembakaran mulai terjadi. Panas dipindahkan ke partikel-partikrl bahan bakar melalui perantara material inert bed, secara kontak langsung ataupun secara radiasi. Pada reactor fluidized bed, terjadi reaksi oksidasi antara gas dengan gas (satu fase) dan gas dengan solid (dua fase). Reaksi oksidasi tersebut seringnya terjadi pada daerah freeboard yaitu daerah antara bed bagian atas dengan sauran keluar ruang bakar. Di dalam pembakaran fluidized bed terjadi berbagai macam reaksi oksidasi, dan reaksi pembakaran yang umum terjadi untuk sulfur dan klorin yang mengandung hidrokarbon adaah sebagai berikut :
CaHNSeCl + N2 + CO2 + 0.5H2O + 0.1NO 2 + SO2 + HCl + O2 + N2 + heat
Kemudian limestone di dalam bed terurai menjadi lime (CaO) dan CO 2, berdasarkan persamaan reaksi berikut ini : CaCO3 + heat
CaO + CO2 Dan lime
(CaO) di dalam bed bereaksi dengan SO 2 dan HCl untuk menangkap senyawa gas asam berdasarkan reaksi berikut : CaO + SO 2 + 0.5O2 2HCl
CaSO4 + heat Dan CaO +
CaCl2 + H2O + heat. Dalam pembakaran dengan system fluidized bed ini
tidak diperukan system untuk mengikat gas asam di akhir rangkaian proses pembakaran. Filter fabric dan baghouse sudah cukup cukup untuk keperluan APCS.
Dalam system fuidized bed, variasi pada kecepatan superficial dan variasi tekanan pada operasi fluidized bed menjadi variabel membedakan jenis fluidized bed. Jenis bubbling bed berusaha menjaga agar seluruh material padat berada pada fase yang rapat di dalam bed, sehingga kecepatan superficial dijaga pada rentag 3.5 – 7.5 – 7.5 ft/sec, sementara circulating fluidized bed berusaha menghilangkan fase partikel solid. Reaktor penyirkulasi fluida bed meniup media bed dan bahan bakar padat, dan kemundian menagkapnya kembali pada bagian cyclone. Jenis circulating bed ini memiliki kecepatan superficial antara 15 – 15 – 30 ft/sec (4.6 – 9.23 m/sec). Pressurized fluidized bed bekerja pada rentang kecepatan gas yang hampir sama dengan bubbling bed, tetapi tekanannya lebih besar yaitu sekitar 174 psia (12 atm). Secara singkat perbedaan anatara masing-masing jenis tersebut dapat dilihat pada table berikut ini :
Perbedaan pada masing-masing jenis fluidized bed ini membawa pada perbedaan pengaplikasian teknologi yang di gunakan. Untuk dapat digunakan masing-masing jenis teknologi tersebut, akan dipertimbangkan hal-hal, yaitu prinsip dasar pembakaran, manipulasi proses pembakaran, dan kemudahan untuk penggunaan secara komersial. IV.
Penggunaan
1. Fly Ash / Bottom Ash Fly ash/bottom ash yang dihasilkan oleh fluidized bed system berukuran 100200 mesh (1 mesh = 1 lubang/inch 2). Ukuran ini relative kecil dan ringan, sedangkan bottom ash berukuran 20-50 mesh. Secara umum ukuran fly ash/bottom ash dapat langsung dimanfaatkan di pabrik semen sebagai substitusi
batuan
trass
dengan
memasukkannya
pada
cement
mill
menggunakan udara tekan ( pneumatic system). system). Disamping dimanfaatkan di industri semen, fly/bottom ash dapat juga dimanfaatkan menjadi campuran asphalt (ready (ready mix), mix), campuran beton (concerete ( concerete)) dan dicetak menjadi paving block/batako. Dari suatu penelitian empiric untuk campuran batako, komposisi yang baik adalah sebagai berikut : Kapur
: 40%
Fly ash
: 10%
Pasir
: 40%
Semen :
10%
Fly ash/bottom ash yang berasal dari sistem pembakaran fluidized bed dapat digunakan untuk : 1. Campuran semen tahan asam 2. Campuran asphalt (ready (ready mix) mix) dan beton 3. Campuran paving Campuran paving block /batako /batako
2. Teknologi FBC (Fluidized Bed Combustion) Dewasa ini telah dikembangkan sistim peralatan berteknologi tinggi yang mampu mengurangi emisi polutan dalam gas buang yang dikeluarkan cerobong, baik dari pusat pembangkit listrik maupun industri lainnya yang membakar batubara. Berbagai upaya untuk memperbaiki reputasi batubara terus dilakukan dengan mewujudkan clean coal technology, salah satunya adalah dengan teknologi fluidized bed combustion (FBC). Teknologi ini di samping mempunyai efisiensi pembakaran batubara yang tinggi, juga mampu meredam secara drastis emisi gas-gas polutan seperti SOx dan NOx.
Emisi gas buang pada pembakaran batubara dengan teknik FBC bisa ditekan menjadi lebih rendah karena suhu operasi pembakaran batubaranya relatif rendah. Pada teknologi FBC, suhu operasinya sekitar 750-950 0C, sehingga batubara dapat terbakar secara efisien, tidak meleburkan abu serta sisa pembakaran lainnya. Pada suhu pembakaran 800 0C, emisi NOx dapat dikurangi hingga 33 Karena prestasinya itu, teknologi FBC mampu menggeser teknologi pembakaran batubara cara kuno yang telah berumur lebih dari satu abad, yang dikenal dengan pulverised coal combustion (PCC). Pada teknologi PCC, karena suhu pembakarannya lebih tinggi, maka emisi gas NOx juga tinggi.
BAB III KESIMPULAN
Dari pembahasa fluidized pembahasa fluidized bed system ini dapat diambil kesimpulan kesi mpulan adalah penggunaan fluidized bed system : 1. Merupakan sistem pembakaran batu bara yang efisien dan efektif 2. Salah satu sistem siste m yang berteknologi tinggi yang mampu mengurangi polusi udara 3. Sistem pembakaran yang banyak dipakai di industri-industri saat ini
REFERENSI
1.
http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1065979078&10
2.
http://www.ccitonline.com/mekanikal/tiki-read_article.php?articleId=65
3.
http://b3.menlh.go.id/3r/article.php?article_id=6
4.
http://www.iptek.net.id/ind/?mnu=8&ch=jsti&id=215
